Cellules de mesure stables à long terme pour l’industrie chimique

Les capteurs à membrane métallique sont depuis longtemps la norme pour la mesure de pression dans les usines chimiques. Toutefois, les cellules de mesure en céramique constituent depuis longtemps une alternative éprouvée pour la plupart des applications. Non seulement elles offrent un degré élevé de sécurité, de stabilité et de fiabilité à long terme, mais évitent aussi les problèmes courants liés aux conduites d’impulsion et aux remplissages d’huile. De plus, elles sont déjà considérées comme la solution parfaite pour les applications liées à l’hydrogène.

Cellules de mesure stables à long terme pour l’industrie chimique

Après la température, la pression est la variable de processus la plus fréquemment mesurée dans l’industrie chimique et un paramètre important pour la sécurité et la qualité des produits. Mais l’industrie chimique pose également des défis difficiles à ces capteurs : pression élevée, températures extrêmes, produits chimiques agressifs… Le talon d’Achille des capteurs de pression à base de métal est leur sensibilité à la corrosion et au vieillissement inévitable du métal, qui se manifeste, par exemple, par une dérive de la valeur mesurée et du point zéro. Un réétalonnage régulier est nécessaire pour maintenir la précision à long terme.

Résistance à la corrosion et robustesse

Depuis les années 90, les capteurs de pression en céramique constituent une alternative intéressante. On estime qu’ils peuvent être utilisés dans 60 à 70 % de toutes les applications chimiques. Ces capteurs se caractérisent par leur exceptionnelle résistance à la corrosion. En outre, la céramique offre une excellente stabilité à long terme et une dérive minimale. Les cellules de mesure en céramique ont une résistance à la surcharge nettement supérieure à celle des cellules en métal. Alors que les membranes métalliques peuvent se déformer irrémédiablement lorsqu’elles sont exposées à une pression très élevée, une membrane en céramique se plie simplement, s’appuie contre le corps de base et reprend ensuite parfaitement sa position d’origine. Alors que les cellules de mesure métalliques utilisent l’huile comme fluide de transmission, les cellules de mesure en céramique sont complètement sèches. Elles fonctionnent de la même manière qu’un condensateur : les électrodes de mesure intégrées dans la membrane et dans le corps de base forment, avec l’air comme diélectrique, un champ électrique. La pression exercée sur une membrane céramique provoque une flexion minime, ce qui modifie la valeur de la capacité. La pression peut alors être calculée à partir de la valeur de capacité calibrée. Par nature, les membranes céramiques reviennent toujours à leur point zéro. Par conséquent, elles ne nécessitent que peu ou pas de réétalonnage.  

Un design de haute technologie qui résiste aux conditions de processus défavorables

La cellule de mesure céramique CERTEC, développée et fabriquée par VEGA, constitue la base des capteurs VEGABAR. Au cours d’un processus de fabrication extrêmement précis, la membrane et le corps de base en céramique d’alumine ultrapure sont imprimés avec des circuits en or dans des conditions de salle blanche. Il y a une dizaine d’années, les techniciens de mesure de VEGA ont su remédier à l’inconvénient des capteurs de pression en céramique, à savoir leur résistance aux chocs de température et à l’humidité. Outre la mesure de la température de processus à l’intérieur du boîtier de la cellule, qui compense l’influence de la température sur la valeur de pression mesurée, un second capteur de température situé à l’arrière de la membrane en céramique permet de détecter plus rapidement les variations de température les plus infimes. Un algorithme intégré à l’électronique du capteur garantit en fin de compte la compensation des chocs de température. Les valeurs de cette mesure de température relativement sensible sont également disponibles sous la forme d’un signal séparé.  

Avantages dans le vide poussé et l’hydrogène

Dans les applications sous vide poussé ou sous hydrogène, les capteurs céramiques sont beaucoup plus performants que les cellules de mesure métalliques remplies d’huile. En effet, le point d’ébullition des liquides diminue dans le vide. Dans les applications liées à l’hydrogène, un autre effet entre en jeu : les molécules du plus petit élément chimique peuvent pénétrer dans les métaux – et la fine membrane d’une cellule de mesure de la pression en métal ne fait pas exception. Lorsque l’hydrogène se diffuse dans et à travers la membrane, il réagit avec l’huile de transmission qui se trouve derrière la membrane métallique. Il en résulte une accumulation d’hydrogène qui entraîne des imprécisions permanentes dans les performances de mesure. En outre, l’hydrogène se lie au carbone de l’acier, ce qui fragilise et casse progressivement les matériaux. Cela ne se produit pas avec les cellules de mesure en céramique et même si l’hydrogène pénétrait dans la cellule de mesure, il ne causerait aucun dommage.  

La deuxième ligne de défense garantit la sécurité dans les milieux toxiques

Un autre domaine d’application important dans l’industrie chimique est la mesure des gaz agressifs et toxiques. Un niveau de sécurité élevé est particulièrement important dans ce domaine. La cellule de mesure céramique est souvent préférée, en particulier pour les applications avec le phosgène. Comme pour les applications avec des acides et des bases agressifs, VEGA utilise ici, d’une part, des matières plastiques très résistantes pour la cellule de mesure et, d’autre part, une « deuxième ligne de défense ». La cellule de mesure et le compartiment électronique sont séparés par un passage en verre étanche au gaz. Le spécialiste de la pression et du niveau propose cette fonction de sécurité pour les appareils des séries VEGABAR 82 et VEGABAR 83.  

Mesure de la pression différentielle sans conduites d’impulsion

La mesure de la pression différentielle est également une application importante dans la mesure du débit, du niveau et de la pression des fûts dans les processus chimiques. Pour ce faire, on utilise généralement un capteur de pression différentielle dont la cellule de mesure est reliée au processus par des conduites d’impulsion. Dans la pratique quotidienne, ces conduites d’impulsion posent régulièrement des problèmes. En hiver, les liquides présents dans les conduites peuvent geler et occasionner des blocages. Ou bien la mesure peut devenir imprécise en raison d’inclusions de gaz, parce que les gaz, contrairement aux liquides, sont compressibles. VEGA résout ce problème en utilisant deux capteurs séparés, reliés par voie électronique. Cela permet de mesurer la pression différentielle sans conduites d’impulsion complexes et fragiles. 

Conclusion

Les cellules de mesure en céramique constituent une excellente alternative aux capteurs de pression métalliques, y compris dans l’industrie chimique. En particulier, leur niveau de sécurité élevé et leur fiabilité sur de longues périodes les destinent aux applications exigeantes.

Capteurs de processus avec cellule de mesure céramique 

Le capteur de pression VEGABAR 82 est le produit polyvalent de la gamme VEGA. Le capteur mesure la pression du vide absolu (-1 bar) à 100 bar dans une plage de température de -40 à 150 °C. La cellule de mesure céramique résiste aux chocs de température, les compense et peut être utilisée dans la plupart des applications chimiques. Le capteur de pression VEGABAR 81 est utilisé pour la mesure fiable de milieux hautement corrosifs à des températures de -90 à 400 °C et à des pressions allant jusqu’à 1000 bar. En combinant deux instruments de la série VEGABAR 80, il est possible de réaliser une mesure de pression différentielle sans conduites d’impulsion.